Workshop sobre energias Renováveis (hidroelétrica)

Experiência “Montagem células fotovoltaicas”

Exposição teórica do Professor Adélio Mendes, com a duração aproximada de 1 hora, aos professores do CNSR para explicar o tema do workshop. Esta sessão teórica continua depois em conjunto com os alunos que se deverão organizar em grupos de 5 /6 alunos para a realização do trabalho prático. A explicação teórica em separado confere aos docentes do CNSR um papel relevante e permite que possam colaborar ativamente no workshop.

Trabalho prático: montagem de células fotovoltaicas com utilização de materiais correntes (como por exemplo sumo) e com materiais tecnológicos emprestados pela EFACEC. 

Objetivo: Preparar células fotovoltaicas do tipo células solares sensibilizadas com corante para produção de energia elétrica. O corante utilizado serão frutos vermelhos.

Introdução

Atualmente, o consumo de energia mundial apresenta uma necessidade cada vez maior de utilização de fontes renováveis de energia. Nos últimos anos, o crescente interesse da sociedade por questões ligadas a proteção do ambiente, da preservação dos recursos energéticos e da procura de novos recursos alternativos não poluentes levou ao desenvolvimento de novas tecnologias. Neste sentido, surgem as células fotovoltaicas. Estas células são dispositivos simples capazes de converter a luz solar em eletricidade sem a produção de qualquer poluente, pois a sua fonte de energia é o Sol.

As células solares sensibilizadas com corante surgem como uma alternativa promissora às células convencionais à base de silício devido à sua simplicidade e baixo custo de fabrico. Estas células são constituídas por um elétrodo de vidro revestido com um filme nanoporoso de dióxido de titânio sensibilizado com um corante, um eletrólito que contém um par redox e um contra-elétrodo de platina. O material de cada elétrodo é depositado num substrato de vidro. Ao contrário das células convencionais, em que a absorção de luz e transporte de carga é feito pelo semicondutor, nas células solares sensibilizadas com corante estes dois processos decorram separadamente. O semicondutor (TiO2) é responsável pelo transporte de cargas e o corante é responsável pela absorção da radiação.

No presente trabalho, as células solares sensibilizadas com corante vão ser construídas utilizando corantes naturais de framboesa.

Descrição da célula fotovoltaica

A célula solar sensibilizada com corante é constituída por um semicondutor, neste caso o dióxido de titânio (TiO2), um corante (Sumo de framboesa), um eletrólito (solução que contém par redox I-/I3-), dois elétrodos de vidro com uma camada transparente de óxido condutor (SnO2:F) e um catalisador (Grafite – lápis). A preparação deste tipo de células baseia-se em 3 etapas: a preparação do fotoelétrodo, preparação do contra-elétrodo e finalmente a montagem da célula fotovoltaica.

Material

- Vidro condutor

- TiO2 em pasta

-  Eletrólito

- Corante (framboesa ou outro fruto vermelho)

- Lápis

- Holofote/Projetor

- Multímetro

- Clips/molas

Procedimento experimental

Preparação do fotoelétrodo

- Determinar o lado condutor do vidro com a ajuda do multímetro;

-Colocar, no lado condutor, uma fina camada de semicondutor (TiO2) depositada por uma técnica de espalhamento e efetuar tratamento térmico a 475 ºC. (TiO2-Nanoxide T/SP comprado à empresa Solaronix, Suíça)

Figura - Foto – elétrodo depois de aplicar o dióxido de titânio (TiO2).

- Mergulhar completamente o fotoelétrodo no corante durante 5 a 10 minutos.

- Retirar o elétrodo do corante e, com cuidado, limpar o excesso de corante com papel absorvente.

Figura - Célula solar sensibilizada com corante.

Preparação do contra-elétrodo

- Com o multímetro determinar novamente o lado condutor do vidro;

- Com a ajuda de um lápis colocar sobre a superfície condutora uma camada de grafite - catalisador.

Figura 6 - Contra-Elétrodo de grafite.

Montagem da célula fotovoltaica

- Adicionar ao fotoelétrodo uma pequena quantidade de eletrólito (~1 gota);

- Juntar os 2 elétrodos e unir com a ajuda de duas molas;

 Para observar o funcionamento da DSC, expor o fotoelétrodo da célula à luz, ligar o multímetro e colocar uma das pontas no contacto do fotoelétrodo e outra no contacto do contra-elétrodo.

E se… o que acontece?

 Expor o contra-elétrodo à luz e medir a corrente gerada;

 Retire a fonte de luz e meça a corrente gerada.